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    Nuova fonte di asimmetria tra materia e antimateria

    Una vista della caverna sperimentale di LHCb. Credito:Maximilien Brice/CERN

    L'esperimento LHCb ha trovato indizi su quello che potrebbe essere un nuovo pezzo del puzzle dell'antimateria mancante nel nostro universo. Hanno trovato prove allettanti di un fenomeno chiamato violazione della parità di carica (CP) in particelle note come barioni, una famiglia di particelle i cui membri più noti sono i protoni e i neutroni che costituiscono tutta la materia nell'universo.

    L'idea che i barioni fatti di materia si comportino esattamente come le loro controparti di antimateria è legata all'idea della simmetria PC. Qualsiasi violazione di questa simmetria implicherebbe che le leggi della fisica non sono le stesse per le particelle di materia e antimateria.

    Questo è importante perché una comprensione dettagliata di come questa simmetria viene violata in natura può contribuire a spiegare lo schiacciante eccesso di materia sull'antimateria osservato nel nostro universo, nonostante il fatto che il Big Bang avrebbe dovuto creare uguali quantità di materia e antimateria in primo luogo.

    Il Modello Standard (SM) della fisica delle particelle prevede che una piccola quantità di violazione di CP esiste anche nel settore barionico. Sebbene i processi di violazione della PC siano stati studiati per oltre 50 anni, non sono stati osservati effetti significativi con le particelle barioniche. Inoltre, La violazione di CP come descritta nel SM non è abbastanza grande da spiegare lo squilibrio materia-antimateria molto più grande. Perciò, altre fonti di violazione CP devono contribuire, e uno degli obiettivi principali di LHCb è proprio la ricerca di nuove fonti di violazione della CP.

    Il nuovo risultato di LHCb si basa su un'analisi dei dati raccolti durante i primi tre anni delle operazioni del Large Hadron Collider (LHC). Tra tutte le possibili particelle di breve durata create a seguito di una collisione protone-protone, la collaborazione ha confrontato il comportamento del barione Λb0 e della sua controparte di antimateria, b 0 -sbarra, quando decadono in un protone (o antiprotone) e tre particelle cariche chiamate pioni. Questo processo è estremamente raro e non è mai stato osservato in precedenza. L'alto tasso di produzione di questi barioni all'LHC e le capacità specializzate del rivelatore LHCb hanno permesso alla collaborazione di raccogliere un campione puro di circa 6000 di questi decadimenti.

    La collaborazione LHCb ha confrontato la distribuzione dei quattro prodotti di decadimento del b 0 e b 0 -bar barioni e quantità specifiche calcolate che sono sensibili alla simmetria CP. Qualsiasi differenza significativa, o asimmetria, tra tali quantità per i casi di materia e antimateria sarebbe una manifestazione di violazione di CP.

    I dati di LHCb hanno rivelato un livello significativo di asimmetrie in quelle quantità sensibili alla violazione di CP per il Λb 0 e b 0 -bar barione decadimenti, con differenze in alcuni casi fino al 20 percento.

    Globale, la significatività statistica – così i fisici si riferiscono alla probabilità che questo risultato non sia avvenuto per caso – è al livello di 3,3 deviazioni standard, e viene rivendicata una scoperta quando questo valore raggiunge cinque deviazioni standard. Questi risultati, pubblicato oggi in Fisica della natura , sarà presto aggiornato con il set di dati più ampio raccolto finora durante la seconda corsa di LHC. Se questa precedente evidenza di violazione di CP viene vista di nuovo con maggiore significato nel campione più ampio, il risultato sarà un'importante pietra miliare nello studio della violazione di CP.

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